Student World

Oceánské prostředí je přece jen něco jiného než odvozenina bahenního sendviče z kachňáku. Sloupec vody je především velmi vysoký, průměrná hloubka oceánů je 4000 m, takže co spadne dolů, nemá moc šancí se jen tak vrátit ke hladině. Tato skutečnost je ještě zvýrazněna termoklinou: velmi studená voda dole se nemísí s teplejší vodou u hladiny. Světlo proniká jen do svrchních 200 metrů vodního sloupce, takže veškerá fotosyntéza se omezuje na tenkou slupku na povrchu ohromné masy vod. Obecně platí, že shora dolů padá kdeco, nahoru se však vracejí jen vorvani a některé ryby; jakkoli je vorvaň velký, můžeme velryby v celkové bilanci zanedbat. Dole u dna jsou vody bohaté na anorganické živiny, ale co z toho, když se nedostanou nahoru! Vlastně dostávají se, ale jen na speciálních místech, o tom však až později.
Ekonomika (či lépe ekologie?) otevřeného oceánu je často srovnávána s pouští; nejedná-li se o příbřežní mělká moře nebo některé zvláštní okrsky samotného oceánu, pak je to srovnání přiléhavé. Klíčovým slovem zde jsou živiny. Do příbřežních mělkých moří proudí splašky z pevniny, dobře je promíchává příboj i vítr, a tak místní fotosyntéza může prospívat. Fotosyntetická vrstvička nad oceánskou termoklinou však trpí chronickým nedostatkem základních živin – sloučenin dusíku, fosforu a železa. S dusíkem to ještě není tak zlé – sinice dovedou fixovat vzdušný dusík do dusičnanů, a také to dělají. Horší je to s fosforem – ze všech jeho sloučenin se vlastně v biosféře vyskytuje jen fosforečnan, který má tendenci se v mořské vodě vysrážet jako fosforečnan vápenatý a rychle zmizet u dna. Pokud tedy unikne z mrtvého tělíčka do roztoku a nějaký živý tvor ho včas nezachytí do svého těla, bude ztracen. V tomto případě to ještě do jisté míry záleží na recyklační píli organismů. Obzvlášť kritická však je – kdo z nás pevninských krys by si to pomyslel – otázka železa. V tělech je železo nezbytné, koluje tam ve své dvojmocné formě, stabilizované do organických komplexů. Jakmile se ovšem dostane do kyslíkem nasycené vody, rychle – během minut – se oxiduje na trojmocnou formu, a oxid či hydroxid železitý jsou sloučeniny velmi málo rozpustné a z hlediska většiny organismů bezcenné. Jen některé bakterie dovedou přilnout k částečkám železitých sloučenin a využívat je jako akceptory elektronů pro dýchání. To je však záležitost bezkyslíkatých zón; pokud se touto činností nějaké bakterie zabývají ve volném oceánu, stejně nemají moc času – jen dokud sraženina nespadne do hlubin.
Nedávno se konal v jižním Pacifiku pokus o posouzení úlohy železa v povrchovém ekosystému. Do vody vypustili plný tanker rozpuštěného komplexu železnaté soli (vazba v komplexu poněkud zpomalila oxidační proces). V roztoku byla přítomná ještě další značka, takže šíření železnaté skvrny bylo možno sledovat ze satelitu. Ze satelitu však bylo vidět i šíření jiné barvy – zelené: to se všechny obohacené vody do druhého dne začaly hemžit fotosyntetizujícími organismy. Za 2-3 dny bylo po všem: železo se oxidovalo, spadlo do nižších pater a fotosyntéza se vrátila na původní nízkou úroveň.
Živinou v nadbytku je naopak oxid uhličitý, resp. bikarbonát: kdyby fotosyntéza byla pouze otázkou fixace CO2 do cukrů, mohlo by se jet na plné obrátky. Je však třeba i stavět a udržovat fotosyntetické „mašiny“, a ty se pouze z cukru udělat nedají.
V nadbytku je i síra ve formě všudypřítomných síranů; z ostatních biogenních prvků jsou snad (mimo železo) přítomny všechny – vápenaté ionty možná i v koncentracích vyšších, než je příjemné. Dalším nepříjemným faktorem, se kterým se musí organismy potýkat, je slanost vody – vrátíme se k tomu níže.
Ze všeho vyplývá, že otázkou životní důležitosti pro obyvatele prosvětlené oceánské vrstvičky je – recyklovat a recyklovat klíčové živiny, protože jediný pravidelný přísun zvenku je vlastně jen s deštěm, který strhává prach z atmosféry. A uprostřed Pacifiku moc prašných bouří nepotkáš…
Fotosyntézu zajišťují z větší části mikroskopické řasy (o poloměru často jen 200 nm, což je méně než rozměry běžné bakterie, eukaryotní buňku si takto malou sotva kdy představujeme). Bakteriální fotosyntézu zajišťují sinice i jiné, nezelené, fotosyntetizující bakterie. Ty poslední tvoří přes 10 procent celkové mikrobiální populace, ale moc se o jejich přínosu neví; čekali bychom je spíše v anaerobních zónách, a ony najednou tady.
Hlavními „fotosyntetizátory“ však jsou patrně sinice. Prochlorococcus je drobná sinice (0,5-0,7 μm), ve svrchních 200 m oceánů je to možná nejhojnější organismus vůbec (až 20 000 jedinců v mililitru). Trichodesmium tvoří drobné snopečky po zhruba 60 buňkách, vznáší se ve vodním sloupci a kromě fotosyntézy provádí ještě jednu důležitou činnost – fixuje vzdušný dusík do dusičnanů, a je tak velmi důležitým zdrojem této sloučeniny pro celou komunitu. Snopečky se také stávají podkladem pro bakteriální nárůst – opět se setkáváme s organizovaným společenstvem desítek bakteriálních druhů spojených ve slizovém obalu. Pravda, takové nárůsty se neomezují jen na druh Trichodesmium.
Cokoli plave, je jimi porostlé, a když zrovna není na co nasednout, tak se flotující částečka slizu vyrobí. Totéž platí sice i pro jiné biotopy, ale zde to má ještě mnohem větší význam: bakterie se stávají důležitou součástí potravních řetězců jako tvorové, kteří dovedou ve svých tělech koncentrovat a zpracovávat i extrémně naředěné živiny z prostředí. To nedovede nikdo jiný, když však už jsou koncentrovány ve formě bakteriálních tělíček, navíc mnoho pohromadě ve slizovém pouzdře, pak si na nich planktonní filtrátor – prvok nebo drobný korýš – rád pochutná. Zdrojem potravy jsou tedy nejen primární producenti (rostliny), ale také tito drobní sběrači přímo homeopatických množství čehokoli užitečného.
Jinou dobře organizovanou a důležitou prokaryotní komunitou jsou fekální pelety. Drobní planktonní živočichové produkují déšť miniaturních bobků, jež jsou okamžitě osedlány souborem bakterií – dokonce tak, že jiná komunita žije na povrchu a jiná uvnitř. Částečky pomalu padají a jsou cestou postupně „odstrojovány“ od všeho, co se dá ještě použít, takže to, co po mnohakilometrovém pádu skončí na dně, už příliš dobrot k snědku neobsahuje. Dno je vůbec místo k žití značně nehostinné. Ale vraťme se na povrch – část drahocenných živin se podaří recyklovat ještě dřív, než pelety zmizí pod termoklinou.
Řada protistů si buduje schránky – někteří prvoci a mikroskopické řasy vápenaté, jiné řasy – rozsivky – křemičité. Proč to tito tvorové dělají, vlastně ani nevíme, ale činí tak velmi intenzivně už po dvě miliardy let. Schránky nabývají někdy fantastických, přímo rokokových tvarů. Zde nás však nebude zajímat nádhera přírodních útvarů, ale ekonomika. Po smrti svého tvůrce tyto obálky – jak jinak – padají dolů, kde také většinou zůstanou po celé desítky i stovky milionů let, než je nějaký horotvorný pochod nebo subdukce vrátí do oběhu.
Silikáty a uhličitany, které se do moře dostaly buď se splachy z pevniny, nebo v případě uhličitanů i z atmosféry, jsou takto – prostřednictvím organismů – na dlouhou dobu staženy z oběhu. U uhličitanů se zastavíme, protože to budeme potřebovat. CO2 z atmosféry se ve vodě rozpouští, s vodou vytvoří kyselinu hydrouhličitou nebo uhličitou, ty disociují na bikarbonátové nebo karbonátové ionty, a vše je v rovnováze s ovzduším. Když však začneme tyto karbonáty proměňovat na nerozpustnou formu, například na sloučeniny uhličitanu vápenatého nebo hořečnatého, skončí vzniklý materiál na dně a umožní přijmout víc CO2 z ovzduší. Funguje zde tedy karbonátová pumpa z ovzduší do sedimentů.
Teď pozor: nezaměňovat s pohřbíváním uhlíku, o kterém jsme mluvili výše. Tam se do sedimentů dostával uhlík organický a za sebe nechával v ovzduší čistý přírůstek kyslíku. Tady padá do sedimentů oxidovaná forma uhlíku a místo sebe nenechává v ovzduší – nic; prostě v něm bude méně CO2, což v dnešním světě posedlém skleníkovým efektem zajímá kdekoho. A teď to nejdůležitější: v mořské vodě najdeme poměrně vysoké koncentrace karbonátů i vápenatých (hořečnatých) iontů, ale k samovolnému srážení uhličitanů to ještě nestačí – potřebujeme katalýzu, v níž jsou naši drobní tvorečkové nenahraditelní. V oceánu, jak už jsme řekli, život příliš nebují, a toto srážení proto není nikterak intenzivní. Tlusté vrstvy vápenců a dolomitů se však činností organismů ukládají v mělkých mořích u kontinentů. Otázka, proč to oni tvorové dělají, nás přivádí k zajímavým metabolickým problémům. Souvisí to se solemi rozpuštěnými ve vodě; v konkrétním případě schránek jde o vápník. Vápník je sice biogenní prvek, ale uvnitř buňky je v koncentraci o mnoho řádů nižší než v okolní vodě. I když je membrána pro ionty nepropustná, nic není dokonalé, a tedy ani vápnotěsné, vápník se dere dovnitř, jak jen může, a buňka ho musí pracně pumpovat ven. J. Lovelock (1994, 2001) se proto domnívá, že srážet uhličitany je mnohem méně nákladné než pumpovat vápník z buňky, a díky tomuto procesu si buňka udrží v nejbližším okolí vápníkuprostou zónu.
A teď pojďme k solím jako takovým. Moře je nepříjemně slané, obsah solí je několikanásobně vyšší než v cytoplazmě buněk. Soli nemohou volně procházet buněčnou membránou, voda ano, a tak se voda přesunuje do prostředí s vyšší koncentrací solí – jev se nazývá osmóza. Buňky tak ztrácejí vodu, doslova se vysušují, ztrácejí vodu s nepříjemnými, ba smrtelnými následky. Proto také nemůžeme pít mořskou vodu my. Vypijeme jistý objem slané vody a vyloučíme větší objem trochu méně slané vody. Ti, co slanou vodu pít mohou – například rackové –, musí být na to speciálně vybaveni.
Jak jsou vybaveni drobní tvorečkové, kteří mají vzhledem k objemu obrovskou plochu a ztratili by vodu téměř okamžitě? Zdálo by se, že nejjednodušší bude prostě otevřít stavidla a vpustit soli do buňky. Koncentrace se vyrovnají, buňka žádnou vodu ztrácet nebude. Zato však umře: vnitřek buňky takové zasolení nesnese. Druhým řešením je zaplnit nitro buňky nějakou látkou, která tam ve vysoké koncentraci být smí a pro změnu nemůže zase ven – například nějaký jednoduchý cukr, třeba glukóza. Tím se vlastně vytvoří vysoký osmotický potenciál opačné polarity. Sice je nadále třeba hlídat, aby se soli nedraly dovnitř a cukr neutíkal do moře, ale voda je klidná tam, kde je, neutíká z buňky.
Glukóza, glycerol a podobné látky jsou k regulaci osmolarity docela vhodné, mají ale tu „nevýhodu“, že jsou napojeny na metabolismus. Zajde sluníčko, řasa dostane hlad, začne uždibovat z glukózy – a do rána je z ní slaneček. Lepší je nějaká látka, která se za žádných okolností nedá sežrat, a tak řasy vyrábí k těmto účelům dimethylsulfopropionát (CH3)2S–(CH2)2–COOH. Tím by celé líčení mohlo skončit, ale kupodivu teprve začíná. Když buňka umře, DMSP se vylije ven a rozpadá se na kyselinu propionovou a plynný dimethyl sulfid (DMS, S(CH3)2). Kyselinu propionovou záhy někdo spotřebuje, ale DMS částečně uniká do atmosféry – a tato skutečnost má dalekosáhlé následky, protože DMS zásadně ovlivňuje globální koloběh vody a síry.

***
Tento text je úryvkem z knihy
Anton Markoš, László Hajnal: Staré pověsti (po)zemské aneb Malá historie planety a života
Staré pověsti (po)zemské aneb Malá historie planety a života – anotace
Jak titul prozrazuje, v hlavní roli knihy vystupuje nebeské těleso nám nejbližší. Autoři provádějí čtenáře teoriemi o jeho zrodu a vývoji, věnují se jedinečnému úkazu – životu, jeho vzniku a evoluci, ale hlavně tomu, jak evoluce života a planety probíhaly ruku v ruce. Líčení evoluce obvykle začínají až od prvohor, kdy se objevili živočichové; autoři ukazují, že předcházející tři miliardy let byly neméně zajímavé, protože právě tehdy bakteriální biosféra pilně přetvářela planetu na místo vhodné k našemu životu.
Podrobnosti o knize

autor